Reliatyvistinė čiurkšlė – plazmos srautas artimas šviesos greičiui
Reliatyvistiniai srautai — tai labai galingi plazmos srautai, kurių greitis artimas šviesos greičiui. Juos skleidžia kai kurių aktyvių galaktikų centrinės juodosios skylės (ypač radijo galaktikų ir kvazarų), taip pat masyvių žvaigždžių ir neutroniniųžvaigždžių juodosios skylės. Tokios čiurkšlės gali siekti nuo kelių iki kelių šimtų tūkstančių šviesmečių, formuodamos dideles radio lobes ir hotspot zonas tolimesnėse galaktikos aplinkose.
Jei srovės greitis yra artimas šviesos greičiui, specialiosios reliatyvumo teorijos poveikis tampa reikšmingas: pasireiškia reliatyvistinis užtemdymas (beaming), laiko suspaudimas ir kitokios projekcinės ypatybės (pvz., tariamas superliumininis judėjimas). Mechaninės priežastys, kaip susidaro srautai ir iš ko jie sudaryti, tebėra aktyvių tyrimų objektas — jų sudėtis ir paleidimo mechanizmai gali skirtis priklausomai nuo sistemos tipo.
Kaip susidaro reliatyvistinės čiurkšlės
Daugumoje modelių reliatyvistinės čiurkšlės susidaro tada, kai didelė dalis energijos, išsiskiriančios aplink besisukančią juodąją skylę (arba labai tankią neutroninę žvaigždę), yra nukreipiama į siaurą kolimuotą srautą. Pagrindiniai pasiūlyti mechanizmai:
- Magnetiniai paleidimo mechanizmai — pvz., Blandford–Znajek ir Blandford–Payne tipo procesai, kai magnetinės linijos ištraukia judančią plazmą ir paverčia rotacinę energiją į kinetinę bei elektromagnetinę energiją.
- Akrecijos disko kolimacija — kietas akrecijos diskas ir susijusios magnetinės pėdos padeda susiaurinti srautą ir išlaikyti jo stabilumą dideliuose atstumuose.
- Vidiniai procesai — atsirandantys šoko frontai, magnetinė rekonekcija ar turbulencija gali greitai pagreitinti daleles iki reliatyvistinių energijų ir sukelti radiaciją.
Srovės sudėtis ir energijos perdavimas
Reliatyvistinių čiurkšlių sudėtis nėra visiškai aiški ir gali priklausyti nuo šaltinio tipo. Pagrindinės alternatyvos:
- elektronai ir protonai (e–p) — „sunkesnė“ plazma, kurioje didelę dalį kinetinės energijos neša protonai;
- elektronai ir pozitronai (e±) — lengvesnė porinė plazma, galinti būti susijusi su intensyviu mezonų ir porų susidarymu aplink centrinį variklį.
Daugeliu atvejų energija sklinda tiek kinetine forma (masės judėjimas), tiek kaip elektromagnetinė energija (stiprios magnetinės lauko įtakoje). Radiacija, kurią matome (radijo, optinėje, rentgeno ar gama juostoje), dažnai atsiranda dėl sinchrotrono spinduliavimo (judančios dalelės magnetiniame lauke) ir inversinio Compton sklaidos (sinchrotrono fotonų arba aplinkinių fotonų energijos pakėlimas dalelėmis).
Stebėjimo ypatybės ir poveikis aplinkai
Reliatyvistines čiurkšles studijuoja įvairių bangų ilgių teleskopai. Kai kurie svarbūs požymiai:
- stipri radijo emisija ir dažnai matomos ilgos radio lobes;
- rentgeno ir gama spindulių blyksniai – ypač trumpalaikiai, labai energingi reiškiniai, susiję su dalelių pagreitinimu;
- BL LAC tipo objektų ir kvazarų švytėjimas, kai čiurkšlė nukreipta beveik tiesiai į mus (blazaro efektas) — dėl reliatyvistinio užtemdymo intensyvumas ir variabilumas yra labai dideli;
- pamatomas tariamas superliumininis judėjimas VLBI stebėjimuose, kuris atsiranda dėl projekcijos efektų ir didelių Lorenco koeficientų.
Bendra astrofizikų hipotezė yra ta, kad reliatyvistinių srovių formavimasis yra raktas, paaiškinantis gama spindulių žybsnių susidarymą. Šių čiurkšlių Lorenco koeficientas yra įvairus: žvaigždžių masių juodųjų skylių arba aktyvių galaktikų čiurkšlėms Γ paprastai siekia keliolika—keliasdešimt, tuo tarpu trumpųjų ir ilgųjų gama žybsnių (GRB) srautuose Γ gali būti ~100 arba didesnis (tai atitinka greitį, labai artimą c, pvz., viršijančią maždaug 0,99995c), todėl tokios struktūros yra tarp greičiausių žinomų kosminių objektų.
Atviros problemos ir tolimesni tyrimai
Nors žengiama dideliais žingsniais, lieka daug neatliktų darbų: tikslus dalelių pagreitinimo mechanizmas, čiurkšlių sudėties nustatymas (e–p vs e±), disipaicijos vietos, bei ryšys tarp akrecijos fazių ir čiurkšlių aktyvumo. Nauji observatorijų tinklai (VLBI, rentgeno ir gama observatorijos, taip pat daugbanginės astronomijos stebėjimai kartu su gravitacinių bangų aptikimu) padeda žymiai geriau suprasti šiuos procesus.
Reliatyvistinės čiurkšlės vaidina svarbų vaidmenį ne tik pačių šaltinių evoliucijoje, bet ir jų aplinkos formavime: jos gali keisti galaktikos centrinės dalies dujų temperatūrą, slopinti žvaigždžių formavimąsi ir perkelti energiją į tarpgalaktinę terpę.
Reliatyvistinė srovė. Aplinka aplink AGN, kurioje reliatyvistinė plazma kolimatizuojasi į čiurkšles, kurios ištrūksta išilgai supermasyvios juodosios skylės ašigalio.
Elipsinė galaktika M87, skleidžianti reliatyvistinę srovę, kaip matoma Hubble'o kosminiu teleskopu
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra reliatyvistinės srovės?
Atsakymas: Reliatyvistinės srovės yra labai galingos plazmos srovės, kurių greitis artimas šviesos greičiui.
K: Iš kur atsiranda reliatyvistinės srovės?
Atsakymas: Reliatyvistines sroves skleidžia kai kurių aktyvių galaktikų centrinės juodosios skylės (ypač radijo galaktikų ir kvazarų), taip pat masyvių žvaigždžių ir neutroninių žvaigždžių juodosios skylės.
K: Koks yra reliatyvistinių čiurkšlių ilgis?
A: Reliatyvistinių čiurkšlių ilgis gali siekti kelis tūkstančius ar net šimtus tūkstančių šviesmečių.
K: Kuo svarbus reliatyvistinių čiurkšlių greitis?
A: Jei reaktyvinės čiurkšlės greitis artimas šviesos greičiui, specialiosios reliatyvumo teorijos poveikis yra reikšmingas.
K: Kokia yra reliatyvistinių reaktyvinių čiurkšlių sudėtis?
A.: Apie tai, kaip sukuriamos reaktyvinės srovės ir iš ko jos sudarytos, vis dar diskutuojama. Čiurkšlių sudėtis gali būti įvairi.
K: Kokią hipotezę apie reliatyvistinių čiurkšlių susidarymą kelia astrofizikai?
A: Bendra astrofizikų hipotezė yra ta, kad reliatyvistinių purkštukų susidarymas yra raktas, paaiškinantis gama spindulių žybsnių susidarymą.
K.: Kokiu greičiu gali judėti reliatyvistinės srovės?
A: Šių reaktyvinių srovių Lorenco koeficientas yra ~100 arba didesnis (t. y. greitis viršija maždaug 0,99995c), todėl jie yra vieni greičiausių šiuo metu žinomų dangaus objektų.
